2018-2019版化學(xué)新學(xué)案人教通用版講義：第四章 第一節(jié) 無機(jī)非金屬材料的主角-硅 第1課時

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第一節(jié)無機(jī)非金屬材料的主角-—硅第1課時二氧化硅和硅酸[學(xué)習(xí)目標(biāo)定位］1.了解硅在自然界中的存在形式，硅酸鹽產(chǎn)品的組成和重要用途.2。了解二氧化硅的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和用途。3。了解硅酸的制備、性質(zhì)和應(yīng)用.一、二氧化硅1．硅元素的存在及結(jié)構(gòu)(1)存在(2)原子結(jié)構(gòu)硅的原子結(jié)構(gòu)示意圖為，最外層有4個電子，反應(yīng)中既不容易得到電子，也不容易失去電子.2．二氧化硅(SiO2）（1）存在SiO2的存在形式有結(jié)晶形和無定形兩大類，水晶、瑪瑙的主要成分是結(jié)晶的二氧化硅。(2）結(jié)構(gòu)SiO2晶體是由Si和O按原子數(shù)之比為1∶2的比例組成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體。（3）性質(zhì)①物理性質(zhì)熔點高，硬度大；溶解性：不溶于水。②化學(xué)性質(zhì)(4）用途①沙子是基本的建筑材料。②純凈的SiO2是現(xiàn)代光學(xué)及光纖制品的基本原料，可以制作光導(dǎo)纖維.③石英和瑪瑙制作飾物和工藝品。④實驗室中使用石英坩堝.（1）SiO2和CO2的物理性質(zhì)差別很大的原因：SiO2是立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體,不存在SiO2分子，而CO2是由碳、氧原子結(jié)合成的分子，微粒間的作用力遠(yuǎn)小于SiO2.(2）SiO2和CO2都屬于酸性氧化物，但SiO2與水、一般的酸不反應(yīng),能與氫氟酸反應(yīng),能與堿、堿性氧化物反應(yīng)。（3）高溫下,SiO2能與部分鹽反應(yīng)，如①SiO2＋Na2CO3eq\o（=,\s\up7(高溫）)Na2SiO3＋CO2↑。②SiO2＋CaCO3eq\o(=,\s\up7(高溫))CaSiO3＋CO2↑.例1關(guān)于二氧化硅，下列敘述正確的是____________（填序號）.①化學(xué)性質(zhì)不活潑，熔融氫氧化鈉固體可用石英坩堝②是酸性氧化物,溶于水顯酸性，不溶于任何酸③物理性質(zhì)與CO2相似④SiO2晶體是由SiO2分子直接組成的⑤水晶、石英、沙子、瑪瑙、光導(dǎo)纖維的主要成分均是SiO2⑥光導(dǎo)纖維在強(qiáng)堿性條件下易發(fā)生“斷路”答案⑤⑥解析①SiO2晶體是由原子構(gòu)成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,SiO2與NaOH發(fā)生反應(yīng)，熔融NaOH固體不能用石英坩堝，①不正確；②SiO2屬于酸性氧化物，與H2O不反應(yīng)，但能與HF反應(yīng)，②不正確；③SiO2與CO2結(jié)構(gòu)不同，物理性質(zhì)差別很大，③不正確;④SiO2晶體是由Si、O原子構(gòu)成的，不含SiO2分子，④不正確；⑤正確；⑥光導(dǎo)纖維主要成分為SiO2，SiO2與堿反應(yīng)，因此易發(fā)生“斷路”,⑥正確.例2二氧化硅是玻璃的主要成分之一。下列說法不正確的是(）A．二氧化硅是一種立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體,熔點高、硬度大B．二氧化硅為酸性氧化物，能與水反應(yīng)生成硅酸C．實驗室不能用磨口玻璃塞試劑瓶盛放氫氧化鈉溶液D．氫氟酸能雕刻玻璃，不能用玻璃瓶盛放氫氟酸答案B解析二氧化硅是硅原子和氧原子按1∶2的數(shù)目比形成的具有立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體，是熔點高、硬度大的固體；二氧化硅是一種不溶于水的酸性氧化物，與水不反應(yīng)；磨口玻璃塞中的二氧化硅能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，生成具有粘性的硅酸鈉，容易使玻璃塞與瓶口粘結(jié)在一起；氫氟酸能腐蝕玻璃,不能用玻璃瓶盛裝氫氟酸，常用塑料瓶盛裝氫氟酸。思維啟迪（1)盛放堿性溶液(如氫氧化鈉溶液)的試劑瓶應(yīng)用橡膠塞或軟木塞，而不能用磨口玻璃塞。(2)氫氟酸不能用玻璃瓶盛放，常用塑料瓶盛放氫氟酸。（3)石英坩堝不能熔融氫氧化鈉等堿性固體。二、硅酸1．硅酸的制備:按表中實驗操作要求完成實驗，并將觀察到的實驗現(xiàn)象及有關(guān)結(jié)論填入表中：實驗操作實驗現(xiàn)象實驗結(jié)論溶液變?yōu)榧t色Na2SiO3溶液呈堿性溶液由紅色變?yōu)闊o色，有白色膠狀沉淀物生成硅酸為不溶于水的白色固體有白色膠狀沉淀物生成硅酸的酸性比碳酸弱2.寫出上述實驗中反應(yīng)的化學(xué)方程式。(1)Na2SiO3溶液與鹽酸反應(yīng):Na2SiO3＋2HCl=H2SiO3(膠體）＋2NaCl.（2）將CO2通入Na2SiO3溶液中：Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3（膠體）＋Na2CO3。（1)實驗室常用可溶性硅酸鹽與酸反應(yīng)制取硅酸.（2)硅酸性質(zhì)：①具有酸性,酸性比碳酸弱;②受熱易分解。（3）硅酸濃度小時可形成硅酸溶膠，濃度大時可形成硅酸凝膠。硅酸凝膠經(jīng)干燥脫水后得到硅膠(或硅酸干凝膠)，具有較強(qiáng)的吸水性，常用作干燥劑及催化劑的載體。例3下列關(guān)于硅酸的說法正確的是(）A．硅酸可以通過SiO2和水的化合反應(yīng)直接制得B．用反應(yīng)Na2SiO3＋2HCl=2NaCl＋H2SiO3(膠體）制取硅酸是利用了可溶性酸制難溶性酸的性質(zhì)C．因為硅酸難溶于水，所以它不能與NaOH溶液反應(yīng)D．硅膠可用作袋裝食品的干燥劑答案D解析SiO2不能與水反應(yīng)生成硅酸，A錯；B中反應(yīng)是利用了強(qiáng)酸制弱酸的性質(zhì)，B錯；硅酸雖難溶于水，但可與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)生成硅酸鹽，C錯。1．石英、沙子、水晶、瑪瑙、光導(dǎo)纖維的主要成分均是二氧化硅.二氧化硅是硅酸的酸酐，但硅酸不能由二氧化硅與水反應(yīng)制得。2．熟記三個化學(xué)方程式(1）SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O；(2）SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O;（3）Na2SiO3＋CO2＋H2O=H2SiO3(膠體）＋Na2CO3。1．判斷正誤(正確的打“√"，錯誤的打“×")(1)硅在自然界中只以化合態(tài)的形式存在（)(2）結(jié)晶形硅石和無定形硅石是同素異形體(）（3）SiO2晶體是立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),每個硅原子周圍結(jié)合兩個氧原子（）(4)SiO2既能與NaOH反應(yīng)又能與HF反應(yīng)，所以它是兩性氧化物(）(5）SiO2的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)決定了它具有優(yōu)良的物理和化學(xué)性質(zhì)（）(6）硅膠可作干燥劑和催化劑的載體（）(7）H2SiO3難溶于水，其酸性比碳酸強(qiáng)，不能使指示劑變色（）(8）硅酸在干燥的空氣中受熱易分解，反應(yīng)方程式為H2SiO3eq\o（=,\s\up7(△）)SiO2＋H2O(）(9)硅酸在水中易聚合形成硅酸凝膠，經(jīng)干燥脫水后即得硅膠(）（10）因SiO2有導(dǎo)電性，故SiO2可用于制備光導(dǎo)纖維（)答案(1）√(2)×(3)×(4)×（5）√（6）√(7）×（8)√(9）√(10)×2．下列關(guān)于二氧化硅的說法錯誤的是(）A．二氧化硅是一種非金屬氧化物B．二氧化硅不存在單個的分子C．二氧化硅中硅元素與氧元素的質(zhì)量比為7∶8D．二氧化硅分子由一個硅原子和兩個氧原子構(gòu)成答案D解析二氧化硅是硅原子和氧原子按1∶2的比例，結(jié)合而形成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不存在單個的分子，是一種非金屬氧化物，其中硅元素與氧元素的質(zhì)量比為28∶32,即7∶8。3．(2018·孝感高一期末)下列物質(zhì)：①氫氟酸;②濃H2SO4；③燒堿溶液；④Na2CO3固體；⑤氧化鈣；⑥濃HNO3。其中在一定條件下能與SiO2反應(yīng)的有(）A．①③④⑤ B．②③⑥C．①②⑥ D．全部答案A解析二氧化硅與氫氟酸反應(yīng)生成四氟化硅與水,故①正確；二氧化硅不與氫氟酸以外的酸反應(yīng),不與濃硫酸、濃硝酸反應(yīng)，故②⑥錯誤;二氧化硅與燒堿溶液反應(yīng)生成硅酸鈉與水，故③正確;二氧化硅與Na2CO3固體在高溫下反應(yīng)生成硅酸鈉與二氧化碳,故④正確；二氧化硅與氧化鈣在高溫時反應(yīng)生成硅酸鈣，故⑤正確；故①③④⑤正確.4．下列溶液中①碳酸鈉溶液；②氫氟酸；③氫氧化鈉溶液；④氯化鈉溶液，可以盛放在玻璃試劑瓶中但不能用磨口玻璃塞的是()A．①③B．②④C．②③D．①④答案A解析①③項中溶液呈堿性，不能與光滑的玻璃反應(yīng)，但能與磨口玻璃塞裸露的SiO2反應(yīng)，生成的硅酸鈉溶液是一種礦物膠,具有良好的黏結(jié)性,易使瓶塞與瓶口粘在一起而難以開啟。氫氟酸能腐蝕玻璃，不能用玻璃試劑瓶盛放.5．下列關(guān)于二氧化硅和二氧化碳的說法中錯誤的是（）A．與二氧化碳分子相似，1個硅原子和2個氧原子構(gòu)成1個二氧化硅分子B．通常狀況下,二氧化碳為氣態(tài)，二氧化硅為固體C．二氧化硅和二氧化碳都能與氧化鈣反應(yīng)生成鹽D．二氧化硅和二氧化碳都能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成鹽和水答案A解析1個碳原子和2個氧原子構(gòu)成1個二氧化碳分子,二氧化碳分子聚集組成二氧化碳?xì)怏w；二氧化硅則是硅原子和氧原子按1∶2的數(shù)目比形成的具有立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體，不存在單個的二氧化硅分子；通常狀況下，二氧化硅是熔點高、硬度大的固體；二氧化硅和二氧化碳都是酸性氧化物，都能與堿性氧化物（如氧化鈣）、堿（如氫氧化鈉)溶液反應(yīng)。6．下列二氧化硅的用途不正確的是()A．水晶可用來制造電子產(chǎn)品的重要部件和光學(xué)儀器B．純凈的二氧化硅是制造光導(dǎo)纖維的重要原料C．石英玻璃常用來制造耐高溫的化學(xué)儀器D．硅藻土常用作吸附劑和氣體的干燥劑答案D解析二氧化硅的重要用途。硅藻土常用作吸附劑和催化劑的載體.［對點訓(xùn)練］題組一二氧化硅1．下列說法中錯誤的是（）A．硅元素是地殼中含量最多的元素B．自然界中二氧化硅主要存在于石英礦和硅酸鹽中C．石英、水晶、瑪瑙的主要成分都是二氧化硅D．瑪瑙是具有彩色環(huán)帶狀或?qū)訝畹氖⒕w答案A解析地殼中硅元素的含量居第二位，僅次于氧元素；二氧化硅主要存在于石英礦和硅酸鹽中。2．二氧化硅屬于酸性氧化物，理由是()A．二氧化硅是一種非金屬氧化物B．二氧化硅能與水反應(yīng)生成硅酸C．二氧化硅與強(qiáng)堿反應(yīng)生成鹽和水D．二氧化硅不能與酸反應(yīng)答案C解析能與堿反應(yīng)生成鹽和水的氧化物稱為酸性氧化物，二氧化硅能與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)生成鹽和水，所以二氧化硅是酸性氧化物.與水或酸不反應(yīng)、非金屬氧化物等不一定是酸性氧化物，如一氧化碳等。3．下列關(guān)于二氧化碳和二氧化硅的說法中正確的是(）A．二氧化碳和二氧化硅分別是碳酸和硅酸的酸酐B．二氧化碳和二氧化硅與水反應(yīng)分別生成相應(yīng)的酸C．二氧化碳是酸性氧化物，二氧化硅是兩性氧化物D．二氧化碳和二氧化硅都是由相應(yīng)的分子組成的答案A解析二氧化碳和二氧化硅都能與堿(如氫氧化鈉)溶液反應(yīng)生成鹽和水,它們都是酸性氧化物；二氧化硅不能與酸反應(yīng)生成鹽和水，二氧化硅不是兩性氧化物;二氧化硅不溶于水,不能與水反應(yīng)；二氧化碳是碳酸的酸酐，二氧化硅是硅酸的酸酐；二氧化碳?xì)怏w由二氧化碳分子聚集而組成，二氧化硅則是硅原子和氧原子構(gòu)成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體，二氧化硅中不存在分子。4．下列物品或設(shè)備的成分中含有二氧化硅的是(）①門窗玻璃②水晶鏡片③石英鐘表④瑪瑙首飾⑤硅太陽能電池⑥光導(dǎo)纖維⑦計算機(jī)芯片A．①②③④⑥B．全部C．⑤⑦D．①②⑥⑦答案A解析玻璃、石英、水晶、瑪瑙和光導(dǎo)纖維的成分中都含有二氧化硅，計算機(jī)芯片、硅太陽能電池的主要成分是單質(zhì)硅.5．下列敘述中，正確的是(）A．自然界中存在大量的單質(zhì)硅B．石英、水晶、硅石的主要成分都是二氧化硅C．二氧化硅化學(xué)性質(zhì)活潑，能與酸或堿發(fā)生化學(xué)反應(yīng)D．自然界中硅元素都存在于石英中答案B解析自然界中硅元素的含量很高,但都以化合態(tài)形式存在；硅元素是親氧元素，主要以氧化物和硅酸鹽的形式存在；二氧化硅的性質(zhì)穩(wěn)定。6．關(guān)于工業(yè)制金剛砂的反應(yīng)：SiO2＋3Ceq\o(=,\s\up7(高溫））SiC＋2CO↑，下列說法正確的是（）A．SiO2是氧化劑,C為還原劑B．碳的還原性比硅強(qiáng)C．氧化劑和還原劑的物質(zhì)的量之比為2∶1D．1molSiO2參與反應(yīng)時，轉(zhuǎn)移電子4mol答案D解析由價態(tài)變化知該反應(yīng)是單質(zhì)碳自身的氧化還原反應(yīng),作為氧化劑和還原劑的碳的物質(zhì)的量之比為1∶2，故選D。7．(2018·無錫期末)石英砂（主要成分為SiO2）是一種常用的工業(yè)原料,其中常混有少量碳酸鈣。要除去石英砂中的少量碳酸鈣，應(yīng)采用的方法是（)A．用水溶解后過濾分離B．用酒精燈加熱C．用稀硫酸溶解后過濾分離D．用稀鹽酸溶解后過濾分離答案D解析A項，二氧化硅和碳酸鈣都不溶于水，錯誤；B項,加熱時碳酸鈣能與二氧化硅反應(yīng)生成硅酸鈣，引入了新的雜質(zhì),錯誤；C項，碳酸鈣與硫酸反應(yīng)生成難溶性的硫酸鈣,阻止反應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行，無法除掉，錯誤;D項，二氧化硅與鹽酸不反應(yīng)，碳酸鈣與鹽酸反應(yīng)生成可溶性的氯化鈣,然后過濾得到二氧化硅,正確。題組二硅酸8．下列關(guān)于硅酸的敘述錯誤的是（）A．硅酸是一種很弱的酸B．硅酸可由二氧化硅與水反應(yīng)制得C．硅酸不穩(wěn)定,加熱分解會生成二氧化硅D．硅酸可由可溶性硅酸鹽與鹽酸反應(yīng)制得答案B解析A項，硅酸是一種弱酸，正確;B項，二氧化硅不溶于水，不能和水反應(yīng)生成硅酸,錯誤;C項，硅酸不穩(wěn)定，加熱分解生成二氧化硅和水，正確;D項，根據(jù)強(qiáng)酸制弱酸，且HCl的酸性比H2SiO3強(qiáng)，正確。9．能證明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的實驗事實是()A．二氧化碳是氣體，二氧化硅是固體B．二氧化硅的熔點比二氧化碳高C．二氧化碳溶于水形成碳酸，二氧化硅難溶于水D．二氧化碳通入硅酸鈉溶液中析出硅酸沉淀答案D解析二氧化碳通入硅酸鈉溶液中,析出硅酸沉淀，符合較強(qiáng)酸制取較弱酸的反應(yīng)原理，可以證明硅酸的酸性比碳酸的酸性弱；物質(zhì)的酸性強(qiáng)弱與相應(yīng)的氧化物的物理性質(zhì)（如溶解性、熔點等)無關(guān).10．下列關(guān)于硅酸的說法正確的是（)A．硅酸難溶于水,所以它不能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)B．二氧化硅和水通過化合反應(yīng)可直接制得硅酸C．實驗室常用可溶性的硅酸鹽溶液與酸反應(yīng)制取硅酸D．硅酸鈉溶液中通入過量的二氧化碳最后得到澄清溶液答案C解析硅酸難溶于水，但能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成硅酸鈉而溶解；二氧化硅不溶于水，不能用二氧化硅與水反應(yīng)制取硅酸，實驗室常用硅酸鈉溶液與鹽酸反應(yīng)來制取硅酸；將二氧化碳通入硅酸鈉溶液中，有硅酸沉淀生成，二氧化碳過量硅酸沉淀不溶解。11．下列敘述正確的是（）A．硅酸膠體是純凈物B．硅酸膠體粒子的直徑在1~100nm之間C．膠體區(qū)別于其他分散系的本質(zhì)特征是有丁達(dá)爾效應(yīng)D．硅酸膠體的膠粒不能通過濾紙答案B解析A項，硅酸膠體為混合物，錯誤;B項，膠體粒子的直徑在1～100nm之間，正確；C項，膠體區(qū)別于其他分散系的本質(zhì)特征為分散質(zhì)粒子的直徑大小，錯誤;D項，膠體粒子能夠通過濾紙，但不能通過半透膜，錯誤。12．據(jù)報道，科學(xué)家通過對稻殼進(jìn)行控制性焚燒熱解,從中提取一種叫做生物質(zhì)納米結(jié)構(gòu)二氧化硅的超高活性材料，將少量這種材料摻入混凝土中，即可輕易制備出超高強(qiáng)度和超高耐久性能的高性能混凝土。關(guān)于二氧化硅下列說法中,正確的是(）A．二氧化硅溶于水顯酸性，所以二氧化硅屬于酸性氧化物B．二氧化碳通入硅酸鈉溶液可以得到硅酸C．由CaCO3＋SiO2eq\o（=，\s\up7(高溫））CaSiO3＋CO2↑可知硅酸的酸性比碳酸強(qiáng)D．二氧化硅是酸性氧化物，它不溶于任何酸答案B解析碳酸的酸性比硅酸的酸性強(qiáng),二氧化碳通入硅酸鈉溶液中可發(fā)生反應(yīng)生成硅酸沉淀。二氧化硅能與堿溶液反應(yīng)生成鹽和水，它是一種酸性氧化物；二氧化硅不溶于水,不能與水反應(yīng)生成硅酸；二氧化硅與常見的酸(如硝酸、硫酸等)不反應(yīng)，但能與氫氟酸反應(yīng)。高溫下，二氧化硅能與碳酸鹽反應(yīng),是因為生成了二氧化碳?xì)怏w揮發(fā)逸出，而使反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，不符合水溶液中強(qiáng)酸制備弱酸的復(fù)分解反應(yīng)規(guī)律。［綜合強(qiáng)化］13．根據(jù)二氧化硅的性質(zhì)，回答下列問題:（1）寫出下列反應(yīng)的化學(xué)方程式：①二氧化硅與氧化鈣反應(yīng)________________________________________________。②二氧化硅與氫氧化鈉溶液反應(yīng)____________________________________________.（2）實驗室中盛放堿液的試劑瓶用橡膠塞而不用玻璃塞的原因是_______________。(3)實驗室中不能用玻璃瓶盛放氫氟酸的原因是________________________________。答案(1)①SiO2＋CaOeq\o（=,\s\up7（高溫））CaSiO3②SiO2＋2NaOH=Na2SiO3＋H2O(2）玻璃中含有二氧化硅，能與堿反應(yīng)，容易使瓶塞和瓶口粘在一起而不能打開（3）氫氟酸極易與玻璃中的二氧化硅發(fā)生反應(yīng)：SiO2＋4HF=SiF4↑＋2H2O解析二氧化硅是一種酸性氧化物，能與堿（如氫氧化鈉）、堿性氧化物（如氧化鈣）反應(yīng)，一般不與酸(如硝酸)發(fā)生反應(yīng)，但二氧化硅能與氫氟酸反應(yīng)。14．為確認(rèn)HCl、H2CO3、H2SiO3的酸性強(qiáng)弱，某學(xué)生設(shè)計了如下圖所示的實驗裝置，一次實驗即可達(dá)到目的(不必選其他酸性物質(zhì))。請據(jù)此回答：（1）錐形瓶中裝某可溶性正鹽溶液，分液漏斗所盛試劑應(yīng)為________。（2）裝置B所盛的試劑是____________________________________________________，其作用是____________________________________________________________。(3）裝置C所盛試劑是__________________________________________________________，C中反應(yīng)的離子方程式是_____________________________________________________。(4）由此得到的結(jié)論是酸性：________〉________＞________.答案(1)鹽酸(2）飽和NaHCO3溶液